摘要：试验研究电力电缆产生局部放电时，在其内部局部放电脉冲和干扰信号的传播规律。试验是在一个模拟系统中完成。试验结果表明：电缆两端金属层接地时，内部放电发生时，电缆两端芯线与金属层接地线的脉冲极性是相反的。而相同情况下外部干扰产生时，干扰进入端的电缆芯线和金属层的脉冲极性是相同的。所得规律将为电缆局部放电在线监测提供依据。
关键词：电力电缆；局部放电；脉冲极性
一、局部放电的基本原理及产生的原因
交联电缆的绝缘体内部在制造或施工过程中可能会残留一些气泡或渗入其他杂质，在这些有气泡或杂质的区域，它的击穿场强低于平均击穿场强，因此在这些区域首先有可能发生放电现象。在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电现象，而没有贯穿在施加电压的导体之间，即尚未击穿的这种现象我们称之为局部放电。这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短接而不形成导电通道为限。每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响，轻微的局部放电对电力设备绝缘的影响较小，绝缘强度的下降较慢；而强烈的局部放电，则会使绝缘强度很快下降。这是使高压电力设备绝缘损坏的一个重要因素。
二、局部放电的检测方法
局部放电的检测是通过局部放电所产生的各种现象为依据。通常在绝缘内部发生局部放电时会伴随出现许多现象，如电脉冲、电磁波、超声波、光和热等。根据上述的特征，目前常用的检测方法主要有：脉冲电流法、高频电流法、超声波法、化学检测法、射频检测法、光测法等多种方法。
1、脉冲电流法
脉冲电流法是通过检测阻抗、检测变压器套管接地线、外壳接地线、铁心接地线以及绕组中由于局部放电引起的脉冲电流来获得实在放电量。是研究最早、应用最广泛的一种检测方法。该电流传感器通常按频带可分为窄带和宽带两种。窄带传感器一般在10KHZ左右，具有高灵敏度、抗干扰能力强等优点，但输出波形严重畸形。宽带传感器带宽为IOOKHZ左右，具有脉分辨率高的优点，但信噪比低。该方法的主要缺点一是由于检测阻抗和放大器对测量的灵敏度、准确度、分辨率以及动态范围等都有影响。因此，当试样的电容量比较大时，受耦合阻抗的限制，灵敏度也受到了一定的限制；二是测试频率低，一般小于1MHZ，因而包含的信息量少；三是在离线状态其灵敏度较高，而现场中易受外界干扰噪声的影响，抗干扰能力差；
2、高频电流法
高频电流法是较为常见的检测方法，但检测的话只能检测两个地方：电缆本体和电缆接地线。当电缆内部发生局部放电现象时，会有部分电流通过外屏蔽层接地线流入大地。因此可以在接地线上安置高频电流传感器，以此来感应接地线上的局部放电电流，判断局部放电的发生。由于电缆本体相当于一根感应天线，因此这种检测方法会受到大量的广播干扰，需要做一定的数据处理才能够分辨电缆中的局部放电脉冲。
3、超声波法
电力电缆内部发生局部放电的时候，同时会伴随有声波发射现象。所以我们用超声波传感器来探测电缆中的局部放电现象。这种方法避免了与高压电缆等的直接电气连接，适用于电缆无需断电的在线检测。但变压器内部绝缘结构复杂，各种声介质对声波的衰减及对声速的影响都不一样。目前使用的检测超声波传感器抗电磁干扰能力较差，灵敏度也不高，这就增加了检测难度。近年来，由于声电换能元件效率的提高和电子放大技术的发展，超声检测的灵敏度有了较大的提高，因而该方法的发展应用是非常有希望的。
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4、化学检测法
当变压器中发生局部放电时，各种绝缘材料会发生分解破坏，产生新的生成物，通过检测生成物的组成和浓度，可以判断局部放电的状态。目前，该方法已广泛应用于变压器的在线故障诊断中。故障类型不同，故障程度也不同，气体的组成和浓度也不相同，由此建立起来的模式识别系统可实现故障的自动识别。但直到目前，仍然没有形成统一的判断标准。因为它对发现早期潜伏性故障较灵敏，但不能反映突发性故障。
5、射频检测法
它从变压器的中性点处测取信号。测量的信号频率可以达30MHZ，大大提高了局部放电的测量频率。同时测试系统安装方便，检测设备不改变电力系统的运行方式，对于三相局部放电信号的总合无法进行分辨，而且信号易受外界干扰。但随着数字化滤波技术的发展，射频检测法在局部放电在线检测中得到了广泛的应用。
6、光测法
它是用局部放电产生的光辐射进行的。在变压器油中，各种放电发出的光波长不同。研究表明，通常在500～700mm之间。光电转换后通过检测光电流特性，可以实现局部放电的识别。虽然，在实验室中利用光测法来分析局部放电特征及绝缘劣化机理等方面取得了很大进展，但由于光测法设备复杂昂贵，灵敏度低，且需要被检测物质对光来说是透明的，因而不可能在实际中得以广泛应用。
三、试验方案
1、研究电缆金属层两端直接接地时，电缆内部发生局部放电时两端芯线和金属层脉冲电流走向。
2、研究电缆金属层两端直接接地时，电缆外部产生干扰时两端芯线和金属层干扰信号走向。 目的是要获得内部放电发生时，电缆两端芯线与金属层接地线的脉冲极性与电缆有干扰进入时电缆芯线和金属层的脉冲极性的差别，来区分电缆是否有局部放电发生。为局部放电在线监测技术提供依据。
3、试验装置及试验接线
局部放电和干扰模拟信号源用“局部放电校准器”产生。局部放电校准器由方波发生器和校准电容组成，输出幅值为 1V-5V，波前上升陡度小于 0.1μS。方波注入校准电容，产生脉冲电流，每1周波产生3个脉冲。频率为50Hz。局部放电检测系统包括前置滤波放大单元、A/D 采样系统、数字滤波系统、数据分析、极性判别、数据处理系统等。 注意：为区别外部干扰与内部放电不同，外部干扰模拟放电源不是加在电缆芯线与电缆金属层之间，而是加在电缆芯线与地之间，表明干扰信号是从电缆以外的系统传输进来。在电缆端部与地之间接有 300 欧姆电阻，模拟电缆两端是接在运行的电力系统中。 试验时分别在电缆首端，末端和中间段注入信号，模拟在两端接头和内部发生局部放电情况。电缆两端金属层直接接地时内部发生局部放电试验结果分析：（1）当电缆内部发生放电时，无论放电发生是在首端，末端或中间，电缆首端芯线与金属层的传感器脉冲电流极性相反。电缆末端芯线与金属层的传感器脉冲电流也是极性相反。 （2）两个芯线的传感器、两个金属层接地线的传感器脉冲电流极性是相同的。 （3）经耦合电容器接地线的芯线传感器测量灵敏度与其电容值有关，电容值愈大，测量灵敏度愈高。
结语
电力行业是我们国家的民生行业，是我们国家社会发展和经济建设的原动力，是我们国家可持续发展的根本保障。因此，任何时候我们都不能忽略了对于电力行业的建设。而电缆作为电力系统中最为基本的元件，相比于电力系统而言虽然“微乎其微”。但是确是电力运输的基础所在。因此，我们应该不断的完善电力电缆局部放电检测技术。并且以此为基础，保证我们国家的电力运输始终具有高效性、安全性、稳定性。
参考文献
[1]陈庆国.电力电缆局部放电的高频与特高频联合检测[J]．电机与控制学报，2013.
[2]王吕长.电力设备的在线监测与故障分析.清华大学出版社，2016.
论文作者:陈明强,蔡世文
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：局部论文; 电缆论文; 脉冲论文; 电流论文; 接地线论文; 极性论文; 干扰论文; 《电力设备》2019年第1期论文;